什么是激光器？激光器的组成

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。1960年的5月16日，美国物理学家梅曼发明了世界首台激光器。人类第一次有了如此单色性好、高准直、高能量密度的神奇光源。自1960年第一台激光器发明以来，激光已经在通信、医疗、工业生产、军事武器等领域有着广泛应用，成为了一种跨学科的通用技术，对诸多领域的研究产生了巨大作用，也促进了社会生产效率的提高。那么，究竟什么是激光?它又是如何产生的呢?

什么是激光?

激光(英文名：laser)是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的缩写，意为由受激辐射引起的光放大。1964年，当这个技术传到中国时，钱学森先生为它定了这个名字。在民间它还有一个颇为霸气的译音名字“镭射”。在了解激光之前，我们先来看看什么是光?

光是由光子产生的，1905年，爱因斯坦在他关于光电效应的论文中首先提到光子的概念。**光子是组成物质的基本粒子之一。光子非常小，静止时没有质量。根据量子力学的原理，当电子从势能较高的外层跌入势能较低的内层时，相应的原子核会释放出光子，从而产生光。**跌落的层数越多，光子的能量越大。这一过程是可逆的，当光子射入时，原子核会吸入光子，而电子则因为获得了能量，从势能较低的内层迁移到势能较高的外层。

光的吸收与产生

激光的特点在于它所有的光子都以同样的波长、同样的相位一起运动。在一个原子体系中，电子基本上是分层运动的，当原子会受到外界环境的影响，高能级电子跃迁到低能级时会有“自发辐射”和“受激辐射”这两种表现。激光就是通过受激辐射产生的，简单来说激光就是在特定的“泵浦源”的作用下，物体的原子被“激发”出来的“光辐射”。

什么是激光器?

激光器是激光的发生装置，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔等组成。泵浦源为激光器的激发源，它将能量提供给低能级的电子，使其激发为高能级的电子，常见的有光学激励、气体放电激励、化学激励、核能激励等;谐振腔为泵浦光源与增益介质之间的回路，通常是由具有一定几何形状和光学反射特性的两块反射镜按特定的方式组合而成，使受激发的光在腔内多次往返以形成相干的持续振荡得到放大，并限制光束的频率和方向;增益介质则是指可将光放大的工作媒介。

激光器的组成

自1917年爱因斯坦提出受激辐射以来，科学家们历经了43年的不懈探索，才终于在1960年制造出了世界上第一台激光器。来自美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼利用一个高强闪光灯管，来照射红宝石，使红宝石中的铬原子受到激发，发出一种红光。在一块表面镀上反光镜的红宝石的表面钻一个孔，使红光可以从这个孔溢出，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使其达到比太阳表面还高的温度。于是世界上第一台激光器——红宝石激光器问世了，它的波长为0.6943微米，这是人类有史以来获得的第一束激光。

梅曼和红宝石激光器

激光在各个领域的应用

01医疗领域

飞秒激光是一种以脉冲形式发射的激光，持续时间只有几个飞秒(1飞秒=千万亿分之一秒)，是人类在实验条件下所能获得的最短脉冲。飞秒激光被用于眼科手术，被誉为继波前像差技术之后“屈光手术的又一次革命”。

飞秒激光治疗近视

激光还能用来美容，通过将特定波长的激光光束透过表皮和真皮层，破坏色素细胞和色素颗粒，碎片经由体内的巨噬细胞处理吸收，达到安全不留疤痕，高效地实现美白的目的。

02军事领域

激光在科技、军事上的应用也有很多。如激光光谱、激光雷达、激光武器(远程击毁导弹)等等。激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点，但也存在易受天气和环境影响等弱点。目前，低能激光武器已经投入使用，主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器，以及攻击人眼和一些增强型观测设备;高能激光武器主要采用化学激光器。

军用激光制导

另外，早在我国引用飞秒激光之前，英美等发达国家早已在海军陆战队和战机飞行员中开展飞秒制瓣的激光手术，那些特种士兵优先接受这种手术，不仅能提高夜视力，还能使成像能力更加精细。

来源：力学科普

审核编辑：汤梓红